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i'Federbein mit selbattätiger Niveauregulierung" Zusatz zu Patentanmeldung
P 17 55 693.3-21 (Patent ....) Die Erfindung bezieht sich auf ein hydropfleumatisches
Federbein mit selbsttätiger Niveauregulierung, insbesondere für Eraftfahrzeuge,
bestehend aus einem mit Arbeitsflüssigkeit gefüllten Arbeitszylinder, einem darin
gleitverschieblich geführten Arbeitskolben mit einendig aus dem Arbeitszylinder
abdichtend herausgeführter Kolbenstange, einer die Arbeitsflüssigkeit im Arbeitszylinder
unter hohen Druck stellenden Druckgaskammer, einer teilweise mit Arbeitsflüssigkeit
gefüllten Vorratskammer, einer zwischen letzterer und dem Arbeitszylinder befindlichen
Pumpe sowie einem Bbregelventil für die Arbeitsflüssigkeit, welche beide mittels
niveauabhängiger Schalter ein- bzw. auszuschalten sind und über eine Verzögerungseinrichtung
verzögert ansprechen, nach Patentanmeldung P 17 55 693.3-21 (Patent ....)0 Durch
die Niveauregulierung bei hydropneumatische Federbeinen soll erreicht werden, daß
die Niveaulage des.
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Fahrzeuges, unabhängig von seiner Belastung, stets gleich bleibt,
so daß die Bodenfreiheit des fahrzeuges stets die
selbe ist. Falls
die Kolbenstange des Federbeins z.B. nach Entladen des Fahrzeuges zu weit aus dem
Arbeitszylinder herausfährt, der Arbeitsdruck dann also zu hoch ist, öffnet das
Abregelventil, wodurch ein Teil der Arbeitsflüssigkeit in die Vorratskammer zurückströmt
und damit eine entsprechende Druckerniedrigung im Arbeitszylinder auftritt und die
eolbenstange auf das gewünschte Niveau einfährt. Wird umgekehrt das Fahrzeug zu
sehr belastet oder sollte sich seine Bodenfreiheit infolge der Kriech- bzw. Leckverluste
an den Flüssigkeits-, insbesondere Abregelventilen zu sehr verringern, so wird durch
Zupumpen von Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitszylinder der Druck in diesem erhöht,
bis die Kolbenstange auf die gewünschte Höhe ausgefahren ist und das Fahrzeug das
gewünschte Niveau wieder erreicht hat.
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Damit das Niveau nicht durch das Arbeiten des Federbeins z.B. bei
Dämpfungsvorgängen während der Fahrt des Kraft fahrzeuges oder bei Kurvenfahrten
verändert werden kann, sprechen Abregelventil und Pumpe verzögert an. Das Ein-und
Ausschalten beider Aggregate erfolgt beim Hauptpatent durch niveauabhängige Schalter
in deren Stromzuleitungen.
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Diese Schalter müssen sehr verschleißfest ausgebildet seine da das
Federbein bei Betrieb des Kraftfahrzeuges eine Tzel° zahl vn Dämfungsspielen ausführt,
die Schaltkontakte des Niveauenalters während der Lebensdauer 9 des Federbeines
also eine Viezahl, z. B. mehrere 10 Mill. Schaltspiele überstehen müsen. Die genaue
Einstellung der Ansprech Ansprechhöhenle dieses Niveauschalts bereitet z.B. wegen
der
Fertigungstoleranzen der beim Federbein verwendeten Bauteile,
wie Befestigungsteller, Faltenbalg etc. Schwierigkeiten.
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Die Verschlelßerscheinungen am Federbein und an den Schaltkontakten
während des Betriebes können außerdem zu Ungenauigkeiten der Niveauregulierung führen.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein hydropneumatisches
Federbein der obengenannten Gattung anzugeben, welches, im Aufbau vereinfacht, während
seiner Lebensdauer zuverlässig funktioniert und keiner Überwachung seiner Ansprechhöhenlagen
bedarf. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die niveauabhängigen Schalter bei
Annäherung des Federbeins an eine Ansprechhöhenlage berührungsfrei, insbesondere
magnetisch auszulösen sind. Hat das Fahrzeug eine von der eingestellten abweichende
Höhenlage, so wird ein vorhandener Auslöser die Schalter für die Pumpe bzw.das Abregelventil
berührungsfrei auslösen, wodurch sämtliche bei Kontaktberührung auftretenden Verschleißerscheinungen
vermieden werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als berührungsfrei wirkender
Auslöser ein federbeingekuppelter otab vorhanden, dessen Lageveränderung die an
den Schaltkontakten der Schalter zum Ein- und Ausschalten des Pumpenaggregates bzw.
des Abregelventils angreifende Magnetschaltkraft eines Magnetfeldes steuert. Damit
wird in besonders einfacher Weise erreicht, daß das Ein- bzw. Ausschalten der Pumpe
bzw. des Abregelventils zuverlässig und in exakter Abhangigkeit von aen entsprechenden
Höhenlagen des Federbeins erfolgt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist je ein Schutzgaskontakt
als Schalter zum Schalten des Pumpenaggregates bzw. des AbregelveStils im Inneren
des h'ederbeins vornanden und diese beiden Schutzgaskontakte sind gemäß den Ansprechhöhenlagen
vertikal gegeneinander versetzt und im Magnetfeld eines fest in das Federbein eingebauten
Dauermagneten angeordnet, in das der Auslöser eintaucht. Durch die Anordnung der
Schalter im Inneren des Federbeins werden diese gegen äußere mechanische Einflüsse,
z.B. gegen Steinschlag geschützt und am Fahrgestell sind keine zusätzlichen Anbauten
mehr erforderlich.
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In besonders vorteilhafter Weise sind die Schalter mit einer in das
Federbein eingebauten, elektronisch arbeitenden Verzögerungseinrichtung elektrisch
verbunden. Durch diese Ausbildung des Federbeins mit eingebauter Elektronik erhält
man ein elektronisch geregeltes hydropneumatisches Federbein in kompakter Bauweise,
welches als einzige besondere Zuleitung eine Anschlußleitung an die Stromversorgung
benötigt. Besondere Installationen am Fahrzeug, etwa für eine außerhalb des Federbeins
anzubringende Elektronik, entfallen, so daß auch bereits im Gebrauch befindliche
Fahrzeuge auf einfache Weise mit geregelten hydropneumatisehen Federbeinen ausgerüstet
werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Schaltung der
Verzögerungseinrichtung zwei Schaltkreise, jeweils bestehend aus einem über einen
der Schalter aufzuladenden Verzögerungskondensator mit parallelem Entladungswiderstand
und
einem parallel zu Schalter und Kondensator geschalteten Pumpen- bzw. Ventilrelais,
dessen Strompfad bei aufgeladenem Kondensator über ein Ventil von einem elektronischen
Schalter durcbztschalten ist. Der Aufwand für die Elektronik des Federbeines ist
also sehr gering, so daß infolgedessen der Platzaufwand gering-bleibt und die Abmessungen
des Federbeines nur geringfügig vergrößert werden.
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In vorteilhafter Weise ist beidenSchaltern ein gemeinsamer Aufladungewiderstand
vorgesohaltet, zu welchem außerdem ein bei Bedarf einzuschaltender Überbrückangswiderstand
parallel liegt. Muß eine Niveauregulierung bei stehendem Fahrzeug vorgenommen werden
so werden durch Einschalten des Überbrückungswidserstande9 die Verzögerungskondensatoren
sofort und nicht über den Aufiadungewiderstand aufgeladen, so daß eine Niveauregulierung
sofort und nicht erst nach Ablauf der Verzögerungszeit erfolgt.
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In vorteilhafter Weise ist dem Aufladungswiderstand ein mit dem Bremspedal
gekuppelter, bei dessen Betätigung öffnender Schaltkontakt vorgeordnet. Bei Betätigung
des Bremspedals wird die Stromzuleitung zu den Kondensatoren unterbrochen, so daß
dadurch deren Aufladung uni die Niveau regulierung vermieden wird. Dies ist bei
längerem Bremsen auf Gefällestrecken besonders wichtig, da die durch das Gefälle
bereits vorhandene Hinterachsentlastung infolge des Bremsens verstärkt wird und
daher bei einer die Verzögerungszeit übersteigenden Bremszeit in unerwünschter
Weise
die Niveauregulierung einsetzen könnte.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
in schematischer Darstellung: Fig. 1 ein hydropneumatlsches Federbein gemäß der
Erfindung, Fig. 2 einen in das Federbein eingebauten S¢hutzgaskontakt mit nicht
in das zugehörige Magnetfeld eingetauchtem Auslöser, Fig. 3 einen Schutzgaskontakt
im Inneren des Bederbeins mit in dessen Magnetfeld eingetauchtem Auslöser, Fig.
4 die Anordnung von zwei Schutzgaskontakten in zwei Längsschnitten und einem Querschnitt,
Fig. 5 die Schaltung der Xerzögerungseinrichtung.
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Das hydropneumatische Federbein gesäß Fig; 1 wird mit seinen Befestigungsaugen
100 z.B. zw:zzohen Achse und Fahrgestell eines Fahrzeuges befestigt. Die in den
Richtungen des Doppelpfeiles 110 wirkenden Kräfte infolge Be-und Entlastung des
Fahrzeuges bzw. bei dessen Fahr betrieb bewirken, daß die Kolbenstange 6. mit dem
an thremt Ende befestigten Arbeitskolben 7 innerhalb des Außenrohre.s 1 in den Arbeitszylinder
2 weiter hineingeschoben bzw. aus diesem herausgezogen wird. Die Dämpfung der Bewegungen
erfolgt durch nicht dargestellte Dämpfungsventile im Arbsitskolben 7. Auf der der
Kolbenstange abgewandten Seite des Arbeitskolbens ist im Arbeitszylinder eine von
einer Schlauchmembran 13 umschlossene Druckgaskammer 12 gebildet, die das Arbeitsmittel
ständig
unter hohem Druck hält, so daß die auf das Federbein wirkende Belastung kompensiert,
der Arbeitskolben in einer bestimmten Stellung und das Fahrzeug in einer entsprechenden
Höhenlage gehalten wird. Durch das Bodenstüdk 4 wird im Außenrohr 1 eine Vorratskammer
9 vom Arbeitszylinder abgetrennt, in die durch das Abregelventil 27 aus dem Arbeitszylinder
Arbeitsflüssigkeit abgelassen und aus der durch das Pumpenaggregat 111 Arbeitsflüssigkeit
in den Arbeitszylinder hineingepumpt werden kann. Ist der Arbeitskolben 7 von seiner
bestimmten Stellung abweichend zu weit in den Arbeitszylinder eingetaucht, 80 wird
das Pumpenaggregat i?1 arbeiten, Arbeitsmittel in den Arbeitszylinder fördern, 80
daß der Kolben wieder in seine Soll-Stellung gelangt. Ist der Arbeitskolben 7 abweichend
von dieser Soll-Stellung zu weit in der entgegengesetzten Richtung verschoben, so
wird das Abregelventil öffnen, Arbeitsflüssigkeit in die Vorratskammer 9 ablassen,
wodurch der Arbeitskolben 7 wieder in die ihm bestimmte Stellung gelangt.
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Oberhalb der Vorratskammer 9 ist ein Raum 106 für die elektronisch
arbeitende Verzögerungseinrichtung benachbart zum mit dem Außenrohr 1 verbundenen
Befestigungsauge 100 innerhalb dieses Außenrohres vorgesehen.
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Die Kolbenstange 6 ist hohl ausgebildet und umgreift das Führungsrohr
101, in dessen Innerem ein Schutzgaskontakt 102 und ein Permanentmagnet 103 dargestellt
sind. Im Inneren der hohlen Kolbenstange befindet sich ein mit dieser bzw.
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deren Befestigungsauge verbundener Kern 104, der bei Bewegung
der
Kolbenstange in den Zwischenraum zwischen Schutzgaskontakt 102 und Dauermagnet 103
eintaucht bzw. diesen Zwischenraum verläßt.
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Fig. 2 zeigt in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung das Führungsrohr
104, den Schutzgaskontakt 102 sowie den mit seinem Magnetfeld 105 diesen Schutzgaskontakt
durchsetzenden Dauermagneten 103. Das Magnetfeld bewirkt an den nicht näher bezeichneten
Schaltkontakten des Schutzgaskontaktes 102 eine diese schließende Magnetschaltkraft,
die gemäß Fig. 3 nicht mehr zur Verfügung steht, wenn der Kern 104, der zweckmäßigerweise
als Weicheisenkern ausgebildet ist, als Auslöser in dieses Magnetfeld eingetaucht
ist, so daß dieses wegen des geringen magnetischen Widerstandes des Kerns überwiegend
durch diesen verläuft. Das Magnetfeld hat an den Kontakten des Schutzgaskontaktes
102 nicht mehr die erforderliche Stärke, um diese geschlossen zu halten, so daß
sie öffnen und damit z.B. den Stromkreis für das Abregelventil 27 unterbrechen.
Durch das Eintauchen des als Auslöser des Schalters 102 ausgebildeten Kerns 104
in das Magnetfeld des Dauermagneten 103 werden die Schaltbefehle berührungsfrei
ausgelöst. Da die Schutzgaskontakte für hohe Schalthäufigkeiten bestimmt sind und
die an diese angeschlossene elektronisch arbeitende Verzögerungseinrichtung verschleißfrei
ist, kann für das so ausgebildete hydropneumatische Federbein eine lange Lebensdauer
erwartet werden.
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Die als Schutzgaskontakte ausgebildeten Schalter 102a und 102 b gemäß
Fig. 4 im Inneren des Pührungsrohres 101
sind vertikal gegeneinander
versetzt angeordnet. Ihre Höhendifferenz entspricht den Ansprechhöhenlagen des Federbeins
Beide Schutzgaskontakte befinden sich im Magnetfeld eines Magneten 103, in das der
mit der Kolbenstange verbundene Kern 104 eintaucht. Der Kern ist in einer Stellung
abgebildet, die einer sehr weit ausgefahrenen Kolbenstange entspricht. In dieser
Stellung ist das z.B. als Magnetventil ausgebildete Abregelventil 27 geöffnet, da
die Kontakte des Schutzgaskontaktes 102b geschlossen sind, der Eagnetventilanker
also angezogen wird und die Ventilöffnung freigibt. Beim Einfahren des Kernes 104
in Richtung 112 wird die Magnetkraft an diesen Kontakten solange geschwächt, bis
diese öffnen und dadurch der Betätigungsstromkreis für das Magnetventil unterbrochen
wird, dieses also schließt.
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Infolgedessen wird keine Arbeitsflüssigkeit mehr in die Vorratskammer
9 übertreten, der Arbeitskolben 7, die Kolbenstange 6 und damit der Kern 104 bleiben
in der ihnen vorbestimmten Stellung stehen. Wird das Federbein nunmehr zusätzlich
belastet, so dringt der Kern 104 weiter in Richtung 112 vor und bringt den Schutzgaskontakt
102a, der als Umschaltkontakt ausgebildet ist, zum Schließen. Dadurch wird der Motor
des Pumpenaggregates eingeschaltet und die Pumpe pumpt Arbeitsflüssigkeit in den
Arbeitszylinder 2, bis der Arbeitskolben 7, die Kolbenstange 6 und damit der Kern
104 solange entgegen der Richtung 112 verschoben ist, bis der Schutzgaskontakt 102a
den Motorstromkreis wieder unterbricht, d.h. die Soll-Lage erreicht ist. Der Querschnitt
der Fig. 4
läßt die Lage der Schutgaskontakte 102a, 102b auf der
einen Seite des Führungsrohres und die Lage des Dauermagneten 103 auf dessen anderer
Seite erkennen. Der zwischen beide eintauchende Kern 104 gleitet in die Bohrung
107 des Bührungsrohres 101.
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Die in Fig. 5 dargestellte Schaltung der Verzögerungseinrichtung
wird mit der Anschlußklemme 271 an die Stromversorgung angeschlossen. Der Anschluß
erfolgt zweckmäßigerweise an den Ladekontakt einer Lichtmaschine, damit bei Stillstand
des Fahrzeuges nicht die Batterie in unerwünschter Weise gerade dann belastet wird,
wenn sie für andere Zwecke, z.B. das Starten des Motors des Fahrzeuges benötigt
wird.
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Die Stromversorgung der Verzögerungseinrichtung erfolgt unter Spannungsstabilisierung
durch eine parallel geschaltete Zenerdiode 126, die einen vorgeschalteten Widerstand
125 aufweist.
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Dem symbolisiert dargestellten Schutzgaskontakt 102b ist ein Verzögerungskondensator
141 nachgeschaltet und diesem ist ein Entladungswiderstand 119 parallel geschaltet.
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In Stromlaufrichtung vor dem Schalter 102b befindet sich der Schaltkontakt
123, der mit dem Bremspedal gekuppelt ist.
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Zwischen 123 und 102b ist ein Aufladungswiderstand 113 geschaltet
und parallel zu beiden, durch eine plaste 231 bei Bedarf in den Stromkreis einschaltbar,
liegt ein Überbrückungswiderstand 241. Die Basis des Transistors 116
als
elektronischer Schalter ist über die Zenerdiode 115 als Ventil an den Verzögerungskondensator
141 angeschlossen und auf der Kollektorseite des npn-Transistors befindet sich das
Abregelventilrelais 117 dieses Schaltkreises, welches den Relaiskontakt 117' betätigt
und damit das Abregelventil 27 ein- bzw. ausschaltet.
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Der symbolisiert dargestellte Schutzgaskontakt 102a ist dem Verzögerungskondensator
181 des zweiten Schaltkreises sowie dessen parallelem Entladungswiderstand 128 vorgeschaltet.
Ihm selbst sind dieselben Schaltelemente 113, 123 und 231, 241 des zuvor beschriebenen
Schaltkreises vorgeschaltet. Der Verzögerungskondensator ist über das Ventil 115a
an die Basis des npn-Transistors 201 angeschlossen, welcher kollektorseitig das
Pumpenrelais 121 zur Betätigung des Relaiskontaktes 121' besitzt, das den Pumpenantrieb
111 ein- bzw. ausschaltet.
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Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Ist der Schutzgaskontakt 102b
entsprechend Fig. 4 wegen zu großer Entlastung des Pahrzeuges geschlossen, so wird,
falls nicht gleichzeitig die Bremse betätigt wird und damit der Schaltkontakt 123
öffnet, der Verzögerungskondensator 141 über den Widerstand 113 aufgeladen. Während
dieser Zeit, die durch Wahl der Kapazität des Verzögerungskondensators und des Widerstandswertes
des Aufladungswiderstandes bestimmt werden kann, z.B. während 20 Sekunden sperrt
das Ventil 115 und das Abregelventilrelais 117 ist stromlos, so daß der Relaiskontakt
117' noch offen ist. Ist der Kondensator 141
soll aufgeladen, erreicht
also die Spannung am Ventil einen bestimmten Wert, so wird das Ventil 115 leitend
und'der Transistor 116 kann durchschalten, so daß der Relaiskontakt 117 vom Relais
117 geschlossen wird, wonach das Abregelventil 27 öffnet und Arbeitsflüssigkeit
aus dem Arbeitszylinder 2 in die Vorratskammer 9 eintrömen kann.
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Nach dem Öffnen des Kontaktes 102b infolge Erreichens der Soll-Lage
wird der Kondensator 141 über den Ebtladungswiderstand 119 schnell entladen, so
daß er zur erneuten Verzögerung aufgeladen werden kann. Durch das Entladen des Kondensators
wird der Transistor 116 gesperrt, das Relais 117 fällt ab und der Kontakt 117' unterbricht
den Stromkreis für das Abregelventil 27, so daß dieses schließt.
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Der Entladungswiderstand entlädt den Kondensator auch, wenn dieser
durch Arbeiten des Federbeins während der Fahrt teilweise aufgeladen wird, so daß
durch die Relativbewegungen der Federbeinteile beim Fahrbetrieb keine Xiveauregulierungen
ausgelöst werden können.
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Soll das Abregelventil sofort öffnen und nicht erst nach Ablauf der
Verzögerungszeit, so ist es durch Drücken der Taste 231 möglich, den Verzogerungskondensator
141 über den mit gegenüber dem Aufladungswiderstand 113 geringerem Widerstandswert
bemessenen Überbrückungswiderstand 241 schnell aufzuladen, eo daß der Transistor
116 ebenfalls schnell durchschalten kann und das Abregeln schnell bewirkt wird.
Entsprechend arbeitet der zweite Schaltkreis, falle der Schutzgaskontakt 102b geöffnet
und der andere
Schutzgaskontakt 102a entsprechend einer zu großen
Belastung des Kraftfahrzeuges geschlossen ist. Dann wird nach Ablauf der Verzögerungszeit
infolge der Aufladung des Kondensators 181 der Relaiskontakt 121' des Pumpenrelais
121 geschlossen, eo daß das Pumpenaggregat 111 solange Arbeitsflüssigkeit aus der
Vorratskammer 9 in den Arbeitszylinder 2 pumpt, bis das Federbein wieder seine Soll-Lage
erreicht hat.
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Fig. 6 zeigt innerhalb des Führungsrohres 101 zwei Schutzgaskontakte
102a und 102b, die mit grUBtmöglichem Abstand voneinander entfernt angeordnet sind.
Beiden Scutzgaskontakten ist je ein Dauermagnet 103a bzw. 103b benachbart. Die Kolbenstange
6 dient als Auslöser für die um einige Millimeter in Richtung ihrer Längsachse gegeneinender
versetzten und so die Nullstellung der Regelung bestiminenden Schutzgaskontakte.
Diese Anordnung ist für die Ansprechgenauigkeit und Sicherheit der Regelung von
Bedeutung, da einerseits der vom Arbeitsmittel durchströmte Spalt zwischen Führungsrohr
101 und Kolbenstange 6 einen gewissen Wert nicht unterschreiten darf und die Wandstärke
der Kolbenstange begrenzt gehalten werden soll andererseits aber das Magnetfeld
in ausreichendem Maße durch die Kolbenstange beeinflußt werden muß, um das Schalten
zu gewährleisten.